1

BAB I . PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pertumbuhan penduduk dunia umumnya dan khususnya penduduk Indonesia telah

mengakibatkan meningkatnya eksplorasi sumber daya alam untuk memenuhi

kebutuhan sandang maupun pangan mengakibatkan terjadinya revolusi dibidang

industri (pangan) untuk memenuhi kebutuhan manusia setiap hari. Pada setiap

proses produksi akan menghasilkan limbah padat, cair dan gas.

Baru-baru ini, pencemaran air menjadi salah satu isu yang sangat signifikan

yang menyebabkan terjadinya perdebatan yang serius untuk memperoleh solusinya.

Pencemaran air telah teridentifikasi mengurangi kualitas ekosistem air,

biodiversitas air, makhluk air dan menyebabkan berbagai spesies mengalami

kepunahan. Aktivitas manusia menghasilkan berbagai bahan berbahaya yang

dibuang ke lingkungan tanpa pengolahan terlebih dahulu. Menurut berbagai

peneliti, pencemaran air terjadi ketika bahan berbahaya terlarut dalam air dan

menyebabkan dampak negatif terhadap biodiversitas air dan kesehatan manusia

(Hariyadi, Yanuwiadi, dan Polii 2013).

Logam berat merupakan salah satu penyebab pencemaran air yang terjadi di

berbagai negara akibat perkembangan industri diberbagai bidang. Logam berat

merupakan kontaminan yang biasa terkandung dalam limbah cair dari berbagai

indutri seperti cat, pewarna, kaca, baterai timbal, elektroplating, pertambangan dan

peleburan (Karthika et al., 2010).

Cd(II), Cu(II), Pb(II) dan Cr(IV) merupakan beberapa logam yang terkandung

dalam limbah cair. Logam-logam ini bersifat harmful dan mengancam kehidupan

manusia serta makhluk hidup lainnya seperti tanaman dan hewan. Logam Pb

menyebabkan anemia, sakit ginjal, gangguan saraf bahkan kematian (Karthika et

al., 2010). Sedangkan tembaga tidak dapat terdegradasi oleh lingkungan dan juga

terakumulasi sehingga berdampak negatif bagi kehidupan (Salmani et al., 2012).

Penanganan limbah logam berat telah dilakukan dengan berbagai metode antara

lain metode adsorpsi. Metode biosorpsi menggunakan biosorben lebih dipilih sebab

ramah lingkungan, sederhana, low-cost untuk recovey, meminimalisasi endapan

kimia maupun biologi, membutuhkan pereaksi yang tidak banyak, dapat

diregenerasi dan cukup efektif dan selektif bila dimodifikasi untuk menghilangkan

2

logam berat dengan konsentrasi rendah (Lingamdinne et al., 2016; Dehghani et al.,

2016; Fauziah et al., 2015; Bhuvaneshwari & Sivasubramanian, 2014; Pillai et al.,

2013; Zafar et al., 2015). Berbagai macam biomaterial telah digunakan sebagai

biosorben untuk penanganan limbah logam berat baik dengan metode batch

maupun kolom seperti kulit manggis (Zein et al., 2010), mahkota dewa (Nasution

et al., 2015), biji durian (Lestari et al., 2016), dimocarpus longan (Florenly et al.,

2015), Neplhelium lappaceum (Zein et al., 2015), kulit aren (Zein et al., 2014),

daun pepaya dan kulit petai (Suyono et al., 2015), cangkang pensi (Zein et al., 2018)

kerangka binatang laut (Lim dan Aris 2014), komposit polimer-clay (Iyayi &

Redeemer, 2010), kulit jeruk (Chao, Chang, dan Nieva 2014), lumpur merah

(Mobasherpour, Salahi, dan Asjodi 2014), jerami padi (Sharma dan Singh 2013),

biji sirsak (Kurniawan et al., 2014), sekam padi dan kulit kacang tanah (Prabha &

Udayashankara, 2014), karbon aktif dari daun oak (Sulyman, Namiesnik, & Gierak,

2014), dan limbah daun palm (Sulyman, Namiesnik, & Gierak, 2016), arang bambu

(Wang et al., 2012), limbah pertanian (Najiah et al., 2014), karbon aktif dari kulit

kelapa (Song et al., 2014) dan lain-lain.

Metode batch diaplikasikan dalam skala laboratorium untuk jumlah efluen yang

sedikit. Namun kurang efektif jika digunakan dalam skala industri sebab jumlah air

limbah dihasilkan secara terus-menerus. Metode batch memberikan informasi

mengenai kondisi optimum penyerapan seperti pH, konsentrasi awal ion logam,

ukuran partikel, dan waktu kontak yang dibutuhkan dalam metode kolom. Pada

metode kolom, adsorbat berkontak dengan biosorben secara kontinu sehingga

menyebabkan adanya gradien konsentrasi antara biosorben dan adsorbat. Selama

limbah mengalir didalam kolom, limbah mengalami proses fisika-kimia. Desain

dan teori kolom fokus terhadap bentuk kurva breakthrough dan kecepatannya

melalui biosorben. Kurva Breakthrough dan jumlah biosorben digunakan untuk

mengevaluasi performa kolom dengan berbagai persamaan. Metode kolom dapat

meningkatkan efisiensi biosorpsi dengan adanya gradient konsentrasi yang

menyebabkan peningkatan transfer massa (Iyayi & Redeemer, 2010;

Shanmugaprakash & Sivakumar, 2015; Martín-Lara et al., 2016).

Penelitian ini menggunakan kulit sagu sebagai biosorben untuk mengatasi

limbah cair industri yang mengandung logam Cd(II), Cu(II), Pb(II) dan Cr(IV).

3

Sagu merupakan tanaman berpati yang digunakan untuk membuat tepung sagu.

Dalam proses pengesktrakan tersebut industri tepung sagu menghasilkan limbah

berupa residu pati dan kulit sagu. Kulit sagu merupakan limbah padat industri sagu

yang penggunaannya masih terbatas. Kulit sagu mengandung syringyl non-

kondensasi, guaiasil non-kondensasi, dan p-hidroksifenil non kondensasi (Awg-

Adeni et al., 2016). Lignin yang merupakan polimer mengandung berbagai macam

gugus fungsi seperti metoksil, fenolik, karboksil, alkohol dan aldehid yang dapat

meningkatkan kemampuan biosorben untuk mengeliminasi logam berat dalam

larutan (Ogunsile & Anomo, 2014). Sebelum melakukan proses biosorpsi, terlebih

dahulu dilakukan penentuan pH Point zero of charge (pHpzc). Penentuan pHpzc dapat

menunjukan pH dimana jumlah muatan negatif dan positif pada biosorben sama

(biosorben bermuatan nol) karena tiap biosorben memiliki pHpzc yang berbeda.

Oleh sebab itu, penentuan pHpzc dapat memberikan informasi lebih lanjut mengenai

muatan permukaan adsorben yang dipengaruhi oleh pH (Ahmad, Kumar, & Haseeb,

2012).

Biosorpsi logam Cd(II), Cu(II), Pb(II) dan Cr(VI) dengan kulit sagu dilakukan

metode batch dan kolom dengan mengamati beberapa parameter yang

mempengaruhi kapasitas penyerapan kulit sagu. Karakterisasi kulit sagu dengan

beberapa metode seperti FTIR (Fourier Transform Infra-Red), SEM (Scanning

Electron Microscopy), XRF (X-ray Flourscene) dan BET (Bruner Emmet Teller),

dilakukan untuk mendukung penjelasan mengenai fenomena biosorpsi yang telah

terjadi.

Residu biosorben tersisa setelah proses biosorpsi, dikumpulkan dan diadisi ke

dalam mortar sehingga tercapai prinsip zero waste. Campuran ini diharapkan dapat

meningkatkan kuat tekan mortar karena dapat berperan sebagai filler yang mengisi

pori pada mortar (Al-zubaidi, 2015; Garcia & Sousa-coutinho, 2013; Giergiczny

& Kr, 2008; Kotatkova et al., 2017). Solidifiaksi/stabilisasi (S/S) limbah berbahaya

kedalam material seperti semen telah banyak dilakukan. Misalnya imoblisasi tanah,

sedimen, dan lumpur yang mengandung Pb. Tanah, sedimen, dan lumpur yang

mengandung Pb dicampurkan dengan semen dan sekam padi pada komposisi

tertentu. Produk akhir yang terbentuk diharapkan dapat mengimobilisasi logam

berat sedangkan sekam padi berperan dalam mengurangi penggunaan semen (Aliyu

4

& Karim, 2016). Benton yang dimodifikasi dengan agregat keramik daur ulang oleh

(Medina, Frías, & Sánchez De Rojas, 2014), telah menemukan bahwa campuran

tersebut dapat menurunkan konsentrasi ion logam yang terlepas ke fasa cair.

Imobilisasi lumpur yang mengandung senyawa hidrokarbon ke dalam zeolit

membuktitan konsentrasi Cr, Pb, Mn, Zn, Cu, dan Ni yang terlepas ke lingkungan

mengalami penurunan karena telah terjebak didalam zeolit semen (Mohd Zain et

al., 2017). Yang et.al, 2014 mempelajari desorpsi ion logam dari semen

(Leachability) dari semen yang dimodifikasi dengan tanah yang terkontaminasi

menjelaskan bahwa enkapsulasi, penyerapan dan pengendapan mencegah ion

logam logam terlepas ke lingkungan. Pembentukan kalsium silikat hidrat (C-S-H)

menyebabkan ion logam terjebak dalam struktur kristal material sehingga

konsentrasi logam dalam larutan menurun (Yang, Wu, & Du, 2014). Penelitian

sebelumnya telah mengimobilisasi berbagai limbah berbahaya kedalam mortar atau

beton seperti limbah radiaoaktif (Eskander et al., 2011), seng (Zn(II)) (Barbir,

Dabic, & Krolo, 2012), limbah tembaga indium selenid pada panel sel surya

(Skripkiunas, Vasarevicius, & Danila, 2018) limbah rumah sakit (Akyıldız, Köse,

& Yıldız, 2017), dan residu dari limbah sludge (Cieślik et al., 2018). Penelitian

sebelumnya juga telah memanfaatkan limbah sekam padi yang telah diabukan ke

dalam mortar/beton. Sekam padi yang ditambahkan mengalami proses pengabuan

sehingga menghasilkan pozzolanic material seperti SiO2 yang berkontribusi dalam

pembentukan C-S-H dan kuat tekan material (Al-zubaidi, 2015; Aliyu & Karim,

2016; Chen et al., 2018). Pada penelitian ini juga memodifikasi komposisi mortar

dengan residu biosorben secara langsung tanpa melalui proses pengabuan. Proses

modifikasi ini diharapkan dapat mempersingkat waktu pengerjaan dan low-cost.

Pada penelitian ini, dilakukan pengamatan efek penambahan bahan organik tersebut

terhadap desorpsi ion logam (leachability) setelah perendaman dalam air laut, air

sumur dan air hujan (buatan dan alami) dan pengaruh kondisi yang ekstrim (siklus

pemanasan/pendinginan) terhadap kuat tekan mortar sehingga diperoleh komposisi

yang tepat dalam solidifikasi/stabilisasi (S/S) residu biosorben ke dalam mortar dan

tercapainya prinsip zero waste.

5

1.2 Rumusan Masalah

1. Apakah kulit sagu dapat menyerap logam Cd(II), Cu(II), Pb(II) dan Cr(IV)

dengan metode batch dan kolom?

2. Pada kondisi optimum yang bagaimanakah kapasitas penyerapan logam Cd(II),

Cu(II), Pb(II) dan Cr(IV) dengan kulit sagu mencapai nilai optimum?

3. Bagaimanakah karakteristik kulit sagu pada saat sebelum dan setelah

penyerapan?

4. Bagaimanakah proses adsorpsi-desoprsi logam ion logam Cd(II), Cu(II), Pb(II)

dan Cr(IV) pada kulit kulit sagu?

5. Bagaimana pengaruh penambahan residu biosorben kulit sagu terhadap kuat

tekan campuran adonan semen?

6. Bagaimanakah pengaruh perubahan komposisi mortar terhadap desorpsi ion

logam (leacability) dalam mortar akibat perendaman dengan air laut, air hujan

dan air sumur dan pengaruh siklus pemanasan/pendinginan terhadap mortar?

7. Apakah solidifikasi/stabilisasi limbah kulit sagu yang yang mengandung logam

berat dapat terenkapsulasi dengan baik di dalam mortar?

1.3 Tujuan

1. Meneliti manfaat kulit sagu sebagai adsorben untuk penyerapan ion logam

Cd(II), Cu(II), Pb(II) dan Cr(IV) dengan metode batch dan kolom

2. Mempelajari kondisi optimum penyerapan ion logam Cd(II), Cu(II), Pb(II) dan

Cr(IV) pada kulit sagu dengan variasi pH, waktu, suhu, konsentrasi, massa dan

ukuran partikel kemudian dianalisis dengan AAS

3. Menganalisis karakteristik kulit sagu dengan menggunakan SEM, XRF dan

FTIR, dan BET

4. Mempelajari isoterm biosorpsi, termodinamika dan kinetika biosorpsi dengan

beberapa model

5. Mempejari proses adsorpsi-desoprsi logam ion logam Cd(II), Cu(II), Pb(II) dan

Cr(IV) pada kulit kulit sagu

6. Mempelajari komposisi yang baik antara residu kulit sagu yang telah menyerap

logam ion logam Cd(II), Cu(II), Pb(II) dan Cr(IV) dengan adonan semen

terhadap parameter kuat tekan, desorpsi ion logam akibat perendaman dengan

6

air laut, air hujan dan air sumur dan Solidifikasi/stabilisasi limbah kulit sagu

yang yang mengandung logam berat ke dalam mortar (zero waste)

1.4 Manfaat

Hasil yang diharapkan dari penelitian ini adalah ditemukannnya biosorben baru dan

low-cost berasal dari limbah pertanian yang dapat digunakan sebagai bahan

penyerap ion logam Cd(II), Cu(II), Pb(II) dan Cr(IV) dari limbah cair industri dan

mengimobilisasi limbah biosorben yang mengandung logam berat tersebut kedalam

mortar sehingga tidak menimbulkan masalah lingkungan lainnya.

1.5 Batasan Masalah

Dalam penelitian ini membahas biosorpsi ion logam Cd(II), Cu(II), Pb(II) dan

Cr(IV) dengan kulit sagu sebagai biosorben dengan kajian mengenai kondisi

optimum penyerapan, isoterm adsorpsi, kinetika dan termodinamika tertentu.

Kemudian proses imobilisasi limbah biosorben pada mortar mengkaji pengaruh

penambahan biosorben dan stimulasi lingkungan yang ekstrim terhadap durabilitas

mortar serta mobilisasi ion logam yang telah tersolidifikasi ke dalam mortar akibat

paparan air laut, air hujan dan air sumur.